В МФТИ забился «кусочек сердца», выращенный из стволовых клеток
«Видели ли вы что-то более невероятное, чем превращение одних клеток в другие? Мне всегда удивительно получить в пробирке чьё-то сердце!». Так описывала мне процесс создания искусственной ткани сердца заведующая кафедрой экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Валерия Цвелая. Российские учёные сняли мини-фильм, как бьется сердце человека, выращенное в пробирке, и разработали при помощи этой микросъемки уникальный алгоритм для классификации клеток.
тестовый баннер под заглавное изображение
Ученые МФТИ продемонстрировали корреспонденту «МК», как в чашке Петри ритмично пульсируют клетки человеческого сердца, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (это клетки, которые способны к неограниченному делению и превращению во все типы клеток организма). Они бьются так же ритмично, как и обычное сердце. С той лишь разницей, что этот «кусочек сердца» вырастили искусственно, хоть и из настоящих клеток. С помощью такой качественной микросъемки клеточной жизни сердца, ученым удалось разработать программу, которая позволит легко выделять и классифицировать клетки и их структуры в будущих исследованиях.
На выращивание «искусственных сердец» из стволовых клеток ученые возлагают большие надежды. В частности, их собираются использовать в регенеративной медицине для лечения кардиозаболеваний. В мире уже создали искусственный желудочек сердца, ткани предсердия.
Теперь в МФТИ обратили внимание на так называемые клетки-водители ритма, формирующие участок сердечной мышцы, в котором генерируются импульсы, определяющие частоту сердечных сокращений.
Кроме замещающей функции таких клеточных продуктов они ценны и тем, что при помощи них можно моделировать различные заболевания. К примеру, если из стволовых клеток конкретного пациента создать кардиомиоциты с их генетическими особенностями, можно исследовать на них действие различных лекарственных препаратов, персонально подбирая для больного самый подходящий вариант. Можно также запустить процесс формирования целого человеческого сердца из персональных клеток пациента, и в режиме реального времени наблюдать, как развивался его порок, какие врожденные аномалии играли роль при его росте.
Ученые рассказали, как формировали стволовые клетки в кардиомиоциты. Оказывается, для того, чтобы из них получились именно они, а не к примеру, ткани легкого, надо было подобрать определенную питательную среду, точный «коктейль». Под его действием клетки уже сами организуются в миниатюрную модель сердца.
– Мы взяли клетки крови пациента и с помощью специальных методов «омолодили» их, вернув в эмбрионально-подобное состояние, – объясняет Елена Турчанинова, младший научный сотрудник Лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ. – Такие клетки обладают уникальным потенциалом и могут превратиться в практически любой тип клеток организма. В течение нескольких недель мы имитировали естественные процессы эмбриогенеза, чтобы вырастить желудочковые кардиомиоциты.
Несмотря на то, что сама методика известна научному сообществу, её практическая реализация — сложный и кропотливый процесс.
Теперь полученные изображения результата этого волшебного действа стали основой для создания нового алгоритма для определения типов клеток на сложных изображениях тканей в пробирке. К примеру, новая технология обработки снимков поможет определить принадлежность их к тому или иному пациенту, а также автоматически разметить фиброзные повреждения (разрастания соединительной ткани). И в будущем для такого определения по снимкам не обязательно даже создавать искусственное сердце, – можно просто взять у пациентов биопсию – образцы тканей и с помощью системы различать поврежденные и здоровые клетки сердца.
Это, по словам ученых, открывает путь к созданию обширного цифрового атласа сердца, который объединит данные, полученные как из искусственно выращенных клеток, так и из реальных срезов тканей разных пациентов.